다이아몬드는 양자 감지용입니다.

다이아몬드는 양자 감지용입니다.
날짜:
2022년 6월 16일
원천:
쓰쿠바 대학
요약:
연구자들은 전례 없는 속도로 작은 자기장을 측정했습니다. 초고속 분광법을 사용하여 질소 결핍 센터의 스핀을 모니터링함으로써 이 작업은 매우 정확한 미래 양자 컴퓨터로 이어질 수 있습니다.

쓰쿠바 대학(University of Tsukuba)의 과학자들은 초고속 분광법을 사용하여 양자 센서의 시간 분해능을 향상시킬 수 있는 방법을 시연했습니다. 그들은 다이아몬드 격자 내부의 일관된 스핀의 방향을 측정함으로써 자기장이 매우 짧은 시간에도 측정될 수 있음을 보여주었다. 이 작업은 전자 스핀을 기반으로 작동하는 "스핀트로닉" 양자 컴퓨터뿐만 아니라 양자 계측으로 알려진 초고정확도 측정 분야의 발전을 허용할 수 있습니다.

양자 감지는 나노미터 분해능으로 자기장 및 전기장뿐만 아니라 온도를 매우 정확하게 모니터링할 수 있는 가능성을 제공합니다. 이러한 특성이 감지 분자 내의 에너지 준위 차이에 어떻게 영향을 미치는지 관찰함으로써 나노기술 및 양자 컴퓨팅 분야에서 새로운 길을 개척할 수 있습니다. 그러나 기존 양자 감지 방법의 시간 분해능은 제한된 발광 수명으로 인해 이전에 마이크로초 범위로 제한되었습니다. 양자 감지를 개선하는 데 도움이 되는 새로운 접근 방식이 필요합니다.

이제 쓰쿠바 대학이 이끄는 연구원 팀은 잘 알려진 양자 감지 시스템에서 자기장 측정을 구현하는 새로운 방법을 개발했습니다. 질소 결손(NV) 중심은 두 개의 인접한 탄소 원자가 질소 원자와 결손으로 대체된 다이아몬드의 특정 결함입니다. 이 위치에서 여분의 전자의 스핀 상태는 빛의 펄스를 사용하여 읽거나 일관성 있게 조작될 수 있습니다.

"예를 들어, 음으로 하전된 NV 스핀 상태는 실온에서도 전광학 판독 시스템을 갖춘 양자 자력계로 사용될 수 있습니다."라고 제1저자인 Ryosuke Sakurai가 말했습니다. 팀은 "역면 무통" 효과를 사용하여 방법을 테스트했습니다. 정상적인 Cotton-Mouton 효과는 횡방향 자기장이 복굴절을 생성할 때 발생하며, 이는 선형 편광을 타원형 편광으로 변경할 수 있습니다. 이 실험에서 과학자들은 정반대로 다른 편광의 빛을 사용하여 작은 제어된 국부 자기장을 생성했습니다.

"비선형 광자기 양자 감지를 사용하면 공간 및 시간 분해능이 높은 고급 재료에서 국부 자기장 또는 스핀 전류를 측정할 수 있습니다."라고 수석 저자인 Muneaki Hase와 그의 동료인 일본 과학원 Toshu An이 말했습니다. 및 기술, 말합니다. 팀은 이 작업이 현재 컴퓨터와 같이 전하뿐만 아니라 민감한 스핀 상태를 갖는 양자 스핀트로닉 컴퓨터를 가능하게 하는 데 도움이 되기를 희망합니다. 이 연구는 또한 새로운 실험을 통해 자기장의 동적 변화를 관찰하거나 실제 장치 작동 조건에서 단일 스핀을 관찰할 수도 있습니다.